【摘 要】
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近年来,我国主力油田已进入高含水期的油田开发调整阶段,必须依靠精确测量井下不同深度处油井内的液体流量,进而构建产液剖面,准确把控各个产层的油气产出情况,获得开发后期油藏不可或缺的动态资料,是提高油田采收率的必要手段。除此之外,对于传输管道,通过管道流量监测可以保障管道安全运行、提高管道运行效率、优化管道设计、精细化管道管理,同时对管线附近环境起一定保护作用。而传统的流量监测方案由于自身缺陷难以适用
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近年来,我国主力油田已进入高含水期的油田开发调整阶段,必须依靠精确测量井下不同深度处油井内的液体流量,进而构建产液剖面,准确把控各个产层的油气产出情况,获得开发后期油藏不可或缺的动态资料,是提高油田采收率的必要手段。除此之外,对于传输管道,通过管道流量监测可以保障管道安全运行、提高管道运行效率、优化管道设计、精细化管道管理,同时对管线附近环境起一定保护作用。而传统的流量监测方案由于自身缺陷难以适用于环境复杂的井下生产环境中,并且多为单点监测,组网困难,难以构建产液剖面。分布式光纤声波传感技术作为一种新兴的监测技术,具有抗电磁干扰,耐高温高压,耐腐蚀的特性,能够很好的满足油气采收等领域的监测要求。本论文针对油气采收领域流量监测的需求,结合分布式光纤声波传感技术的技术特点,提出将光纤分布式声波传感技术与管道流量监测结合的能量法监测方案和声速法监测方案,将光纤作为传感器实现管道流量的侵入式与非侵入式监测,并将侵入式流量监测与非侵入式流量监测进行对比分析,比较两种不同监测方式的监测精度,证明使用光纤作为传感器在油气采收构建产液剖面方面具有良好的应用前景。主要研究内容如下:（1）从理论角度介绍了分布式光纤声波传感系统的工作原理。通过瑞利散射与光时域反射原理分析了分布式光纤声波传感系统的信号采集与定位;通过声波相位调制原理分析了声波压力与相位之间的关系,得出声波压力与相位存在正相关关系的结论;基于分布式光纤空间差分检测机理,在获得监测点位置、频率等信息的基础上进而准确得到外声场振幅和相位的情况。（2）基于分布式光纤声波传感系统建立了管道流量能量法监测理论模型,分析了流速与管内压力的关系,构建了流速-管内压力-相位的对应线性关系。利用软件仿真了管道中声速传播时与流体同向和反向的声波频率变化,建立了声速法的理论模型。仿真分析了流速与压力的关系,验证了能量法的理论模型。对能量法侵入式与非侵入式监测进行了分析,验证两种监测方式的可行性。（3）针对目前光纤流量传感器在微流量监测领域的空白开展了基于分布式光纤声波传感技术的能量法监测研究,搭建了管道流量监测实验系统,对基于多普勒频移原理使用分布式光纤声波传感系统进行流量监测的可行性进行了验证,搭建了半径为5 cm的声速法流量监测系统,对1.41 m/s,1.5 m/s的流速进行了监测分析。监测结果显示,通过声速法进行微流速监测存在一定的监测误差。但是这种监测方式脱离了其他流量计的标定,对于流量计安装困难的复杂环境具有较好的应用前景。同时进行了能量法侵入式监测和非侵入式监测的对比实验,将两种监测方式的实验结果进行了对比。采用半径为2 cm的镀锌钢管在0.258-0.349 m/s的流速范围内进行侵入式和非侵入式对比监测。结果显示,侵入式监测略优于非侵入监测,侵入式监测的最佳拟合度R~2=0.99432,非侵入式监测的最佳拟合度R~2=0.98770,最佳相对测量误差小于1%。
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